KR101928918B1 - 토션 빔 식 서스펜션 - Google Patents

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Abstract

트레일링 암과 토션 빔과의 연결 부분에서 급격한 강성의 변화를 방지할 수 토션 빔 식 서스펜션을 제공한다.
본 발명은 상부 부재(10)와 하부 부재(20)를 갖는 토션 빔 식 서스펜션(100)으로, 트레일링 암 구성 부재(11)와 한 쌍의 하부 부재를 구비한 차체의 전후 방향으로 신연하고 상하로 요동 가능한 좌우의 트레일링 암(50)과 상부 부재(10)에서 좌우의 트레일링 암 구성 부재 사이에 배치되는 토션 빔 (16)을 구비한다. 하부 부재는 상부 접속부(21)와 상부 접속부(21)로부터 토션 빔의 U 자형 단면의 저부를 향해 경사지고 토션 빔과 접합하는 빔 접합부(22)를 구비한다.

Description

토션 빔 식 서스펜션{TORSION BEAM SUSPENSION}
본 발명은 토션 빔을 갖는 서스펜션에 의해 차량의 바퀴를 현가 한 토션 빔 식 서스펜션에 관한 것이다.
토션 빔 식 서스펜션은 대체로 차량의 좌우 방향으로 배치된 좌우 한 쌍의 트레일링 암 사이에 토션 빔을 배치하고 있다.
트레일링 암은 U 자형 단면을 한 상부 부재의 차량 탑재시 좌우 부분과 U 자형 단면의 개구를 막도록 배치된 하부 부재를 갖는다. 상부 부재의 좌우 부분과 하부 부재에 의해 중공 구조가 형성되고 상부 부재의 중앙부가 토션 빔으로서 구성된다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 특개 2010-208549호 공보
트레일링 암에는 차체의 설치 부분과 타이어 연결 부분이 설치되고, 상부 부재의 좌우 부분과 하부 부재에 의해 개폐면이 형성되는 반면, 토션 빔은 이름처럼 빔과 같은 형상이다. 따라서 트레일링 암으로부터 토션 빔까지 차체의 설치 부분과 타이어의 연결 부분이 토션 빔을 향해 합류하는 듯한 형상으로 되어있다. 이러한 형상은 단면 형상이 급격하게 변화하기 쉽고, 트레일링 암에서 토션 빔까지 강성이 급격히 바뀌어 버리는 경향이 있다. 또한, 단면의 급변 부위에는 응력이 집중하고 토션 빔 본체 및 그 근방의 용접부 등에 균열이 발생할 수 있기 때문에 응력 집중에 대해서 해당 부분에 대한 대책이 필요하다.
따라서 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 트레일링 암과 토션 빔과의 연결 부분에서 급격한 강성의 변화를 방지할 수 토션 빔 식 서스펜션을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은 단면이 U 자형으로 형성된 개구를 구비하는 제 1 부재와;
제 1 부재의 U 자형 단면의 가장자리에서 제 1 부재와 당접하고, 차량 탑재시 좌우 방향으로 쌍으로 배치된 제 2 부재를 구비하는 토션 빔 식 서스펜션이다. 토션 빔 식 서스펜션은 제 1 부재의 차량 탑재시 좌우에 배치된 한 쌍의 구성 부재와 한 쌍의 제 2 부재를 구비하여 구성되고 차체의 전후 방향으로 신연하고 상하로 요동할 수 있는 좌우의 트레일링 암과 제 1 부재에서 한 쌍의 구성 부재 사이에 배치되는 단면이 개구를 갖춘 U 자형의 토션 빔을 구비한다.
제 2 부재는 구성 부재의 개구를 막는 폐쇄부와, 폐쇄부로부터 토션 빔의 U 자형 단면의 저부를 향해 경사지고 토션 빔과 접합하는 접합부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 토션 빔 식 서스펜션에 의하면, 제 2 부재가 폐쇄부와 접속부를 구비하도록 구성하고 있다. 따라서 제 2 부재의 접합에 의해 폐쇄 단면으로 구성된 트레일링 암 부분과 개방 단면으로 구성된 토션 빔을 접합하는 단면의 급격한 변화를 억제하고, 트레일링 암에서 토션 빔까지 급격한 강성의 변화를 방지할 수 있다.
[도 1] 도 1(A), 도 1(B)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 나타내는 개략 사시도이다.
[도 2] 도 2(A), 도 2(B)는 동 서스펜션을 나타내는 평면도, 저면도이다.
[도 3] 도 2(A)의 3-3선에 따라서 부분 단면도이다.
[도 4] 도 2(B)의 4-4선에 따른 단면도이다.
[도 5] 트레일링 암과 토션 빔과의 접속부를 나타내는 확대도이다.
[도 6] 도 6(A) 내지도 6(C)는 동 서스펜션을 구성하는 상부 부재를 나타내는 사시도, 평면도, 측면도이다.
[도 7] 도 7(A) 내지 도 7(D)는 동 서스펜션을 구성하는 하부 부재를 나타낸 측면도, 정면도, 사시도, 저면도이다.
[도 8] 본 발명에 따른 토션 빔 식 서스펜션의 변형 예를 나타낸 사시도이다.
[도 9] 도 8에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 도 4와 같은 위치에서 절단 한 상태를 나타내는 단면도이다.
[도 10] 도 10(A), (B)는 하부 부재의 변형 예에 따른 부분 사시도 및 부분 저면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 설명한다. 또한, 이하의 기재는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 범위 및 용어의 의미를 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 형편상 과장되고 실제 비율과는 다를 수 있다.
도 1(A), 도 1(B)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 나타내는 개략 사시도, 도 2(A), 도 2(B)는 동 서스펜션을 나타내는 평면도, 저면도, 도 3은 도 2(A)의 3-3선에 따른 단면도, 도 4는 도 2(B)의 4-4선에 따른 단면도이다. 도 5는 트레일링 암과 토션 빔과의 접속부를 나타내는 확대도, 도 6(A) 내지도 6(C)는 서스펜션을 구성하는 상부 부재를 나타내는 사시도, 평면도, 측면도이다. 도 7(A) 내지도 7(D)는 동 서스펜션을 구성하는 하부 부재를 나타낸 측면도, 정면도, 사시도, 저면도이다.
본 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션(100)은 FF (전방 엔진 전방 드라이브) 등의 차량의 뒷바퀴를 현가하는 후방 서스펜션이다. 서스펜션(100)은 도 1(A)에 나타낸 바와 같이, 상부 부재(10) (제 1 부재에 상당)와 한 쌍의 하부 부재(20) (제 2 부재에 상당)와 칼라(30)와 스핀들(40)을 구비한다.
상부 부재(10)는 한 쌍의 트레일링 암 구성 부재(11)와 토션 빔(16)과 한 쌍의 스프링 시트(17)를 구비한다. 한 쌍의 트레일링 암 구성 부재(11)와 한 쌍의 하부 부재(20)와 한 쌍의 칼라(30)와 한 쌍의 스핀들(40)에 의해 트레일링 암(50)이 구성된다. 트레일링 암(50)은 도 2(A) 등에 도시된 바와 같이 토션 빔(16)의 차량 좌우 방향 양쪽에 대칭으로 배치된다.
트레일링 암 구성 부재(11)는, 도 6(B) 등과 같이 차체 접속부(12), 타이어 접속부(13), 스프링 접속부(14)와 빔 접속부(15)를 구비한다. 차체 접속부(12)는 차량 탑재시 차량 전방에 형성되어있다. 차체 접속부(12)는 칼라(30)가 접합되고, 칼라(30)에 부시가 장착된다.
타이어 접속부(13)는 차량 탑재시 후방에 형성되고 스핀들(40)이 장착되어 스핀들(40)에 타이어의 구성 부품이 접속된다. 스프링 접속부(14)는 차량 탑재시 좌우 방향 내방(內方)에 형성되며 해당 부분에 스프링 시트(17)가 접합된다. 빔 접속부(15)는 토션 빔(16)과의 접속 부위이다. 트레일링 암 구성 부재(11), 토션 빔(16) 및 스프링 시트(17)는 두께가 다른 판재를 접합 한 테일러드 블랭크로 구성되어 있다. 트레일링 암 구성 부재(11)와 토션 빔(16)의 부분의 판재는 두께를 변화시켜 형성되어 있고 해당 부위가 빔 접속부(15)에 대응한다. 빔 접속부(15)를 이와 같이 구성함으로써 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 강성이 조정된다.
상부 부재(10)는 도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 프레스 성형에 의해 단면이 개구를 갖는 U 자형으로 형성되어 있다. 상부 부재(10)의 단면 형상은 차체 접속부(12)와 타이어 접속부(13)에서 내방을 향해 형상이 합류하고, 토션 빔(16)과의 접속부까지 단면의 형상이 연속적으로 감소하도록 형성되어 있다. 본 명세서에서는 토션 빔(16)에서 트레일링 암 구성 부재(11)까지 U 자형 단면 형상의 변화가 시작하는 부분을 단면 형상 변화 부분(18)이라고 부르기로 한다(도 5 참조). 이렇게 토션 빔(16)과 트레일링 암 구성 부재(11)와의 접속부의 단면 형상이 연속적으로 변화하도록 구성됨으로써, 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 강성의 변화가 조정된다. 또한, 트레일링 암(50)은 차량 내방에서 스프링 시트(17)와 접합된다.
하부 부재(20)는 위쪽에서 볼 때 또는 저면에서 볼 때, 트레일링 암 구성 부재(11)와 유사한 윤곽을 갖는다. 하부 부재(20)는 도 7(A) 내지 도 7(D)에 나타낸 바와 같이, 상부 접속부(21) (폐쇄부에 상당)와 빔 접합부(22) (접합부에 상당)를 갖는다. 상부 접속부(21)는 트레일링 암 구성 부재(11)와 접속되어 U 자형 단면의 개구를 막는 부분이며, 본 실시 형태에서는 대략 평면으로 형성되어 있지만, 형상은 상기 이외에도 기복을 갖는 형상이어도 좋다.
빔 접합부(22)는 U 자형으로 형성된 토션 빔(16)의 내벽(저부)에서 토션 빔(16)과 접합되는 모양이다. 빔 접합부(22)는 도 7(A)에 나타낸 바와 같이, 경사부(23), 신연부(伸延部)(24, 25), 직립부(rising portion)(26)를 구비한다. 토션 빔(16)은 후술하는 바와 같이 단면이 개구를 갖는 U 자형으로 형성되어있다. 빔 접합부(22)는 토션 빔(16), 트레일링 암 구성 부재(11)와의 연결부의 강성을 조정하기 위해 경사 부(23)가 평면 형태의 상부 접속부(21)와 U 자형의 토션 빔(16)의 곡면 형상 (저부) 까지를 연결하고 거기에서부터 신연부(24, 25)가 곡면 형상을 따라 차량 좌우 방향으로 신연한다.
신연부(24, 25)는 경사부(23)로부터 차량 좌우 방향의 내방으로 신연한다. 경사부(23)에서 신장하는 연장 형상은 신연부(24, 25)와 같이 2개로 분기되어 신연하고 있지만, 분기 개수는 2개로 한정되지 않는다. 또한, 신연부 (24, 25)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 토션 빔(16)의 U 자형 단면 중에서도 곡면에 해당하는 저부에 당접하고, 접합되어 있다. 또한, 신연부(24, 25)는 상부 부재(10)와 하부 부재(20)로 구성되는 폐쇄 단면부분과 토션 빔 개방 단면과의 경계 부근에 위치하고 그 경계 부분은 다른 부위와 비교하여 응력이 집중하기 쉽다. 따라서 빔 접합부(22)는 경사부(23)를 통해 토션 빔(16)의 내벽을 따르면서 토션 빔(16)의 저부에 착지하고 접합되는 것이 바람직하다. 트레일링 암 측의 폐쇄 단면을 서서히 작게 하여 단면의 급변을 방지하기 위한 것이다. 또한, 토션 빔에 비틀림 등의 외부 입력이 전달된 때 변위량이 비교적 큰 토션 빔(16)의 U 자형 단면의 상부 가장자리에 대해서, 변위량이 비교적 작은 토션 빔(16)의 저부에 착지시킴으로써 응력 집중을 감소시킬 수 있다. 또한, 신연부(24, 25)에서 토션 빔(16)과 접합되는 용접은, 단속시키지 않고 칼라(30) 근방 및 스핀들(40) 근방까지 연속시키는 것이 바람직하다(도 2(B)의 이점 쇄선 P1 참조). 용접이 단속되어 단속부에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위함이다.
직립부(26)는 경사부(23), 신연부(24, 25) 중 내방의 가장자리를 따라 형성되어 있다. 직립부(26)는 예를 들어 평판 형의 블랭크(blank)를 도 5 방향에서 보고 신연부(24, 25)를 형성하도록 타공한 후, 형성된 가장자리를 직립시켜 형성된다. 신연부(24, 25)에 의해 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 연결부의 강성이 조정되는데, 직립부(26)를 형성함으로써 강성의 강화를 더 할 수 있다.
토션 빔(16)은 차량 탑재시에 하부가 개방된 단면이 U 자형의 빔이다. 토션 빔(16)은 트레일링 암(50) 사이에 배치되고, 좌우의 각 단부가 트레일링 암 구성 부재(11)에 접합된다.
스프링 시트(17)는 스프링을 장착해 차체를 탄성에 의해 지지하는 고정 단부이다. 스프링 시트(17)는 설치 장소에 따라 차체의 실내 공간을 좁게 할 우려가 있기 때문에, 예를 들어 도 2(A), 도 2(B)에 도시된 바와 같이 토션 빔(16)과 트레일링 암(50)의 교차부 근방에 마련 것이 바람직하다.
상부 부재(10)와 하부 부재(20)는 예를 들어 열간압연강판으로 구성되며, 각 판재의 두께는 1, 2mm 정도로 구성되지만 이에 한정되지 않는다.
다음에 본 실시 예의 작용 효과에 대해 설명한다. 토션 빔 식 서스펜션은 트레일링 암에 차체, 타이어와의 접속부가 형성되는 반면, 토션 빔은 이름처럼 빔과 같은 모양이기 때문에 트레일링 암에서 토션 빔 연결 부분까지 단면 형상의 변화에 의해 강성이 급격히 바뀌어 버리고, 응력 집중이 일어나기 쉽다.
이에 대해 본 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션(100)은 하부 부재(20)가 상부 접속부(21) 뿐만 아니라 상부 접속부(21)에서 U 자형 단면의 토션 빔(16)의 저부를 향해 토션 빔(16)과 접합하는 빔 접합부(22)를 갖도록 구성하고 있다. 따라서 빔 접합부(22)에 의해 토션 빔(16)이 U 자형 단면의 내방으로 변형해 버리는 현상을 감소 또는 억제할 수 있으며, 이 트레일링 암(50)에서부터 토션 빔(16)의 접속부의 급격한 강성의 변화를 방지하고 응력 집중 등의 현상을 방지 또는 억제할 수 있다.
또한, 빔 접합부(22)는 토션 빔(16)의 내벽에 용접접합 되어있다. 따라서 토션 빔(16)과의 접합을 쉽고 견고하게 할 수 있다.
또한, 빔 접합부(22)는 상부 접속(21)로부터 토션 빔(16)의 바닥을 향해 신장하는 신연부(24, 25)의 내방 가장자리를 직립시킨 직립부(26)를 갖도록 구성하고 있다. 따라서 빔 접합부(22)를 구성하는 신연부(24, 25)에 의해 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 강성의 향상을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술 한 실시 예에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 토션 빔 식 서스펜션의 변형 예를 나타낸 사시도, 도 9는 도 8에 따른 토션 빔 식 서스펜션을 도 4와 같은 위치에서 절단 한 상태를 나타내는 단면도, 도 10(A ), (B)는 하부 부재의 변형 예에 따른 부분 사시도 및 부분 저면도이다.
토션 빔(16)의 내벽에는 토션 빔(16)의 비틀림 강성을 조절하는 막대 모양 부재(롤 바 등이라고도 한다. 강성 강화 부재에 상당) (60)을 신연부(24)와 신연부(25) 사이에 삽입 관통하여 배치하도록 구성할 수 있다. 이와 같이 구성을 함으로써 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 연결부의 강성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 강성 강화 부재(60)를 신연부(24)와 신연부(25) 사이에 삽입 통과시켜 배치함으로써 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 강성의 조정을 하부 부재(20)와 강성 강화 부재(60)에 의해 수행 수 있다.
또한, 빔 접합부(22)는 신연부(24, 25)가 토션 빔(16)의 저부에 접합되는 실시 예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 10(A), 도 10(B)는 하부 부재(20a)가 상부 접속부(21)와 경사부(23a, 23b)와, 경사부(23a, 23b)에서 내방을 향해 신연하는 신연부(24a, 24b)를 구비하고 있다. 그리고 상부 접속부(21)의 가장자리에서 토션 빔(16)의 측면에 걸쳐서 하부 부재(20a)에 있어서의 경사 부(23a, 23b), 신연부(24a, 24b)와의 접촉 부위까지를 연속적으로 접합하도록 구성할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써 트레일링 암(50)에서 토션 빔(16)까지 특정 부분에 응력을 집중하지 않고 분산시킬 수 있으며, 토션 빔 식 서스펜션의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
10 상부 부재 (제 1 부재)
100 토션 빔 식 서스펜션
11 트레일링 암 구성 부재
12 차체 접속부
13 타이어 접속부
14 스프링 접속부
15 빔 접속부
16 토션 빔
17 스프링 시트
18 단면 형상 변화 부분
20,20a 하부 부재 (제 2 부재)
21 상부 접속부 (폐쇄부)
22 빔 접합부 (접합부)
23,23a, 23b 경사부
24, 25, 24a, 25a 신연부(분기 형상)
26 직립부
30 칼라
40 스핀들
50 트레일링 암
60 롤 바 (강성 강화 부재).

Claims (6)

  1. 단면이 U 자형으로 형성된 개구를 구비하는 제 1 부재와;
    상기 제 1 부재의 U 자형 단면의 가장자리에서 상기 제 1 부재와 당접하고, 차량 탑재시 좌우 방향으로 쌍으로 배치된 제 2 부재를 포함하는 토션 빔 식 서스펜션이며,
    상기 제 1 부재의 차량 탑재시 좌우에 배치된 한 쌍의 구성 부재와 상기 한 쌍의 제 2 부재를 구비하여 구성되어 차체의 전후 방향으로 신연하여 상하로 요동할 수 있는 좌우의 트레일링 암과;
    상기 제 1 부재에서 상기 한 쌍의 구성 부재 사이에 배치되는 단면이 개구를 갖춘 U 자형의 토션 빔을 포함하고,
    상기 제 2 부재는 상기 구성 부재의 상기 개구를 막는 폐쇄부와, 상기 폐쇄부에서 상기 토션 빔의 U 자형 단면의 저부를 행해 경사지고 상기 토션 빔과 접합하는 접합부를 포함하고,
    상기 폐쇄부로부터 연장되는 상기 접합부는 상기 접합부의 형상을 직립시켜 형성한 직립부를 포함하는 토션 빔 식 서스펜션.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합부는 토션 빔의 내벽에서 상기 토션 빔과 용접 접합되는 토션 빔 식 서스펜션.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 부재는, 상기 제 2 부재의 상기 폐쇄부에서 상기 접합부까지 연속적으로 접합되는 토션 빔 식 서스펜션.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 토션 빔의 상기 U 자형 단면 내벽에 배치되어 상기 토션 빔의 강성을 조절하는 강성 강화 부재를 더 포함하는 토션 빔 식 서스펜션.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 접합부는 상기 폐쇄부에서 2 이상으로 분기한 분기 형상을 가지며, 상기 강성 강화 부재는 복수의 상기 분기 형상들 사이를 삽통시켜 배치되는 토션 빔 식 서스펜션.
  6. 삭제
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